DE102007022863B4 - Process for the non-detachable joining of components made of heat-meltable, metallic material - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum unlösbaren Verbinden von Bauteilen aus wärmeschmelzbarem, metallischen Werkstoff, mit einer robotergeführten Schweißeinheit zur Ausführung eines Hybridschweißprozesses, dadurch gekennzeichnet, dass, in einem vorbestimmten Abstand dem Hybridschweißprozess folgend, ein MetallAktiv-Gas-Hoch-Leistungs-Schweißprozess (MAG-HL) ausgeführt wird und dass ein an der Ausführung des Hybrid-Schweißprozesses beteiligter MSG-Brenner (3) von der Schweißeinheit (2) schleppend ausgerichtet geführt wird.A method for non-detachably joining components made of heat-fusible metallic material, with a robot-guided welding unit for performing a hybrid welding process, characterized in that, at a predetermined distance following the hybrid welding process, a metal active gas high-power welding process (MAG-HL) is performed and that an involved in the execution of the hybrid welding process MSG burner (3) by the welding unit (2) is guided sluggishly.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum unlösbaren Verbinden von Bauteilen aus wärmeschmelzbarem, metallischen Werkstoff, mit einer robotergeführten Schweißeinheit zur Ausführung eines Hybridschweißprozesses.The The invention relates to a method for the permanent connection of components made of heat-meltable, metallic material, with a robot-controlled welding unit for execution a hybrid welding process.

Verfahren der vorbezeichneten Gattung finden unter anderem industrielle Anwendung beim Fügen von Dickblech, wie es insbesondere im Schiffbau eingesetzt wird.method The aforementioned genus find, inter alia, industrial application when joining thick plate, as it is used in particular in shipbuilding.

Aus der WO 0024543 geht ein Hybridschweißverfahren als bekannt hervor, bei dem in Schweißrichtung gesehen ein MSG-Brenner einem Laserstrahl schleppend vorausgeht und ein MSG-Brenner dem Laserstrahl stechend nachgeführt wird. Dabei wirken die MSG-Brenner und der Laserstrahl an einem Ort.From the WO 0024543 goes a known hybrid welding method, seen in the direction of welding, a MSG burner sluggishly precedes a laser beam and a MSG burner is tracked the laser beam stabbing. The MSG burners and the laser beam act in one place.

Es hat sich gezeigt, daß ein reines Laser-Hybridschweißen, eine Kombination aus Laserschweißen und Metall-Schutzgas-Schweißen (MSG) bei Dickblechen von zum Beispiel 15 mm, zur Entstehung eines sogenannten ”Mittelrippendefektes” führt, der meist auf ein Heißrißproblem, zurückzuführen ist. Die Schweißnaht muß, besonders bei großen Blechdicken von zum Beispiel 15 mm und mehr, aufgrund der auftretenden Heißrißprobleme nachgeschweißt werden. Das zusätzliche Nachschweißen ist zumeist ein Unterpulver-Schweißverfahren.It has been shown that a pure laser hybrid welding, a combination of laser welding and metal inert gas welding (MSG) in thick sheets of, for example, 15 mm, leading to the formation of a so-called "midrib defect", the mostly on a hot crack problem, is due. The Weld must, especially at big Sheet thicknesses of, for example, 15 mm and more, due to the occurring Heißrißprobleme be welded back. The extra re-welding is mostly a submerged arc welding process.

Das Nachschweißen der Hybridnaht, vor allem das Nachschweißen im Unterpulver-Verfahren, hat den Nachteil, daß die Gefahr der Verlagerung des Mittelrippendefektes in den Wurzelbereich der Hybridnaht besteht. Das kann bedeuten, daß auch die Wurzel der bereits durch das Unterpulver-Verfahren nachgearbeiteten Schweißnaht ebenfalls nachgeschweißt werden muss. Dies erfordert noch einmal weitere Arbeitsschritte, nämlich das bereits geschweißte Stück muss gewendet und die Naht noch einmal, nunmehr an ihrer anderen Seite, geschweißt werden.The re-welding the hybrid seam, especially the post-welding in the sub-powder method has the disadvantage that the Risk of shifting the midrib defect into the root area the hybrid seam exists. That may mean that the root of the already also reworked by the submerged-powder method rewelded must become. This requires further work steps, namely the already welded Piece must turned and the seam again, now on its other side, be welded.

Das zum Nachschweißen eingesetzte Unterpulver-Verfahren hat außerdem auch noch den Nachteil, daß die Wärmeeinbringung in das Dickblech und damit sein Verzug nicht unbeachtlich ist.The for rewelding used sub-powder method also also has the disadvantage that the heat input in the thick plate and thus its delay is not insignificant.

Des weiteren ist eine durch das Unterpulver-Schweißverfahren gebildete Nahtüberhöhung stark ausgeprägt, was insbesondere im Schiffbau, dort im Außenhautbereich, als optisch unvorteilhaft angesehen wird.Of Further, a seam overshoot formed by the submerged arc welding process is strong pronounced, which is especially in shipbuilding, there in the outer skin area, as optical is considered unfavorable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Rißbildungsgefahr, daß heißt die Entstehung von Mittelrippendefekten, beim Hybridschweißen von Dickblechen zu vermeiden.Of the Invention is the object of the risk of cracking, that is the emergence of midrib defects to avoid when hybrid welding thick plates.

Diese Aufgabe ist verfahrensmäßig durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 4.These Task is procedurally by the Characteristics of claim 1 solved. The embodiments of the inventive method emerge from the dependent claims 2 to 4.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum unlösbaren Verbinden von Bauteilen aus wärmeschmelzbarem, metallischen Werkstoff wird eine robotergeführte Schweißeinheit zur Ausführung eines Hybridschweißprozesses eingesetzt. Erfindungsgemäß wird, in einem vorbestimmten Abstand dem Hybridschweißprozeß folgend, ein Metall-Aktiv-Gas-Hoch-Leistungs-Schweißprozeß (MAG-HL) ausgeführt.at the method according to the invention to the insoluble Joining components of heat-fusible, Metallic material is a robotic welding unit for performing a hybrid welding process used. According to the invention, following a predetermined distance following the hybrid welding process, a metal active gas high power welding process (MAG-HL) is performed.

Sobald die Schweißnaht des vorangehenden Hybridschweißprozesses anfängt sich abzukühlen, folgt bereits der nachfolgende, erfindungsgemäß zusätzliche MAG-HL-Prozeß, mit dem die Risse beseitigt werden.As soon as the weld the foregoing hybrid welding process begins to cool down, follows already the following, according to the invention additional MAG-HL-process, with the the cracks are eliminated.

Ein Hybrid-Schweißprozeß kann jede Kombination verschiedener Schweißprozesse sein.One Hybrid welding process can be any Combination of different welding processes.

Mit besonderem Vorteil wird zur Ausführung des Hybridschweißprozesses ein Metall-Schutzgas-Schweißprozeß (MSG) in Kombination mit einem Laserschweißprozeß vorgenommen. Derartige Laser-Hybridschweißprozesse bieten im wesentlichen wirtschaftliche Vorteile, da ein Einlagenschweißen in Verbindung mit der Einsparung zusätzlicher Nahtfugenvorbereitung möglich ist, wodurch besonders bei größeren Blechdicken Einseitenschweißtechnologien umgesetzt werden können, insbesondere an solchen Bauteilen, bei denen keine Zugängigkeit der Gegenseite des Schweißstoßes besteht, wie es im Schiffbau häufig vorkommt.With particular advantage is to carry out the Hybrid welding process a metal inert gas welding process (MSG) made in combination with a laser welding process. Such laser hybrid welding processes offer substantially economic benefits, as a deposit welding in conjunction with the saving of additional seam joint preparation possible is, which especially for larger sheet thicknesses Einseitenschweißtechnologien can be implemented especially on such components, where no accessibility the opposite side of the weld joint exists, like it is common in shipbuilding occurs.

Der den MAG-HL-Schweißprozeß ausführende Brenner ist mit Vorteil an einer Baueinheit angeordnet, die von der robotergeführten Schweißeinheit zur Ausführung des Hybridschweißprozesses getragen und mitgeführt wird. Hybridschweißprozeß und nachfolgender MAG-HL-Schweißprozeß werden demzufolge mit gleicher Schweißgeschwindigkeit entlang einer Naht ausgeführt, womit das erfindungsgemäße Verfahren auch als ”Tandem-Schweißverfahren” bezeichnet werden kann.Of the the MAG-HL welding process burner is advantageously arranged on a structural unit that is provided by the robot-guided welding unit for execution worn the hybrid welding process and carried becomes. Hybrid welding process and subsequent MAG-HL welding process accordingly along with the same welding speed a seam executed, with which the inventive method also referred to as "tandem welding" can be.

Der an der Ausführung des Hybrid-Schweißprozesses beteiligte MSG-Brenner ist an der Schweißeinheit derart ausgerichtet angeordnet, daß er in Schweißrichtung schleppend geneigt ist.Of the on the execution the hybrid welding process involved MSG burner is aligned on the welding unit in such a way arranged that he in welding direction sluggishly inclined.

Der an der Ausführung des Metall-Aktiv-Gas-Hoch-Leistungs-Schweißprozeß (MAG-HL) beteiligte Brenner wird an der Schweißeinheit stechend geführt. Diese Ausrichtung des vorlaufenden MSG-Brenners als geschleppter Brenner und des nachlaufenden MAG-HL-Brenners als stechend geführt, erlaubt optimale Schweißergebnisse bei hohen Schweißgeschwindigkeiten.The burner involved in the execution of the metal-active-gas high-power welding process (MAG-HL) is guided stingingly at the welding unit. This orientation of the leading MSG burner as a towed burner and the trailing MAG HL burner as piercing led, allows optimum welding results at high welding speeds.

Bei Blechdicken von circa 13 bis 22 mm erfolgt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine fehlerfreie, zweilagige Schweißung in einer einzigen Fahrt der robotergeführten Schweißeinheit, welche die den zweiten Brenner führende Baueinheit zusätzlich trägt. Es hat sich gezeigt, daß bei Blechdicken von 18 bis 20 mm Dicke ein Abstand zwischen Schweißeinheit und Baueinheit von etwa 150 bis 400 mm, je nach Schweißgeschwindigkeit, vorteilhaft ist. Bei zum Beispiel 18 mm starken Blechen werden durch das vorgeschaltete Laser-Hybridverfahren die unteren 8 mm der Fuge aufgefüllt und der nachgeschaltete MAG-HL-Prozeß füllt den Rest der Fuge mit einem Fülldraht von 1,6 mm Durchmesser auf. Um bei den genannten, relativ hohen Geschwindigkeiten den Draht aufzuschmelzen und einen ausreichenden Füllgrad zu erreichen, ist ein entsprechendes Hochleistungsschweißgerät einzusetzen.at Sheet thicknesses of about 13 to 22 mm takes place with the method according to the invention a flawless, two-ply weld in a single ride the robot-guided Welding unit, which leads the second burner Unit additionally wearing. It has been shown that at Sheet thicknesses of 18 to 20 mm thickness a distance between welding unit and unit of about 150 to 400 mm, depending on the welding speed, is advantageous. For example, 18 mm thick sheets are through the upstream laser hybrid method the lower 8 mm of the joint filled and the downstream MAG-HL process fills the rest of the joint with a cored wire of 1.6 mm in diameter. To be mentioned at the, relatively high Speeds melt the wire and to a sufficient degree of filling achieve, a corresponding high-performance welding device is to be used.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.One embodiment the invention is shown in the drawing.

Die Zeichnung zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Durchführen des Schweißverfahrens.The Drawing shows a schematic side view of a device to perform of the welding process.

Die Vorrichtung zum unlösbaren Verbinden von Bauteilen, hier einem Dickblech 1 für den Schiffbau aus wärmeschmelzbarem, metallischen Werkstoff, weist eine robotergeführte Schweißeinheit 2 auf. Wird die robotergeführte Schweißeinheit in Schweißrichtung gemäß Pfeil VS geführt, bewegt sie dabei einen an der Schweißeinheit angeordneten Brenner 3, mit dem ein Metall-Schutzgas-Schweißprozeß (MSG) vorgenommen wird. Gleichzeitig wird eine an der Schweißeinheit ebenfalls befindlicher Laserstrahlführungskomponente 4 mitbewegt, so daß die Schweißeinheit 2 letztendlich bei Bewegungen entlang dem Dickblech 1 mit vorbestimmter Geschwindigkeit in Richtung des Pfeils VS einen Hybridschweißprozeß ausführt. Mit einer hier schematisch durch den Sechskantkopf 5 angedeuteten Verschraubung ist ein Träger 6 an der Schweißeinheit 2 montiert. Der Träger trägt eine Baueinheit 7, an der ein Brenner 8 zur Durchführung eines Metall-Aktiv-Gas-Hoch-Leistungs-Schweißprozeß (MAG-HL) gehalten ist.The device for permanent connection of components, here a thick plate 1 for shipbuilding made of heat-meltable, metallic material, has a robot-controlled welding unit 2 on. If the robot-controlled welding unit is guided in the welding direction according to the arrow VS, it thereby moves a burner arranged on the welding unit 3 with which a metal inert gas welding process (MSG) is carried out. At the same time, a laser beam guiding component also located on the welding unit becomes 4 moved so that the welding unit 2 ultimately when moving along the thick plate 1 at a predetermined speed in the direction of the arrow VS performs a hybrid welding process. With a schematic here through the hexagon head 5 indicated gland is a carrier 6 at the welding unit 2 assembled. The carrier carries a structural unit 7 at the burner 8th for carrying out a metal-active gas high-power welding process (MAG-HL).

Der MSG-Brenner 3 ist, bezogen auf die Schweißrichtung VS, schleppend ausgerichtet. Der MAG-HL-Brenner 8 ist, ebenfalls bezogen auf die Schweißrichtung VS, stechend ausgerichtet.The MSG burner 3 is, with respect to the welding direction VS, sluggish alignment. The MAG HL burner 8th is aligned, also with respect to the welding direction VS, piercing.

Claims (4)

Verfahren zum unlösbaren Verbinden von Bauteilen aus wärmeschmelzbarem, metallischen Werkstoff, mit einer robotergeführten Schweißeinheit zur Ausführung eines Hybridschweißprozesses, dadurch gekennzeichnet, dass, in einem vorbestimmten Abstand dem Hybridschweißprozess folgend, ein MetallAktiv-Gas-Hoch-Leistungs-Schweißprozess (MAG-HL) ausgeführt wird und dass ein an der Ausführung des Hybrid-Schweißprozesses beteiligter MSG-Brenner (3) von der Schweißeinheit (2) schleppend ausgerichtet geführt wird.A method for non-detachably joining components made of heat-fusible metallic material, with a robot-guided welding unit for performing a hybrid welding process, characterized in that, at a predetermined distance following the hybrid welding process, a metal active gas high-power welding process (MAG-HL) is performed and that a MSG burner involved in the execution of the hybrid welding process ( 3 ) of the welding unit ( 2 ) is guided sluggishly aligned. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine den MAG-HL-Schweißprozess ausführende Baueinheit (7) von der robotergeführten Schweißeinheit (2) zur Ausführung des Hybridschweißprozesses mitgeführt wird.Method according to claim 1, characterized in that an assembly executing the MAG-HL welding process ( 7 ) from the robot-guided welding unit ( 2 ) is carried along to carry out the hybrid welding process. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein an der Ausführung des Metall-Aktiv-Gas-Hoch-Leistungs-Schweißprozesses (MAG-HL) beteiligter MAG-HL-Brenner (8) mit der von der Schweißeinheit (2) geschleppten Baueinheit (7) stechend geführt wird.Method according to claim 2, characterized in that a MAG-HL burner involved in the execution of the metal-active gas high-power welding process (MAG-HL) ( 8th ) with that of the welding unit ( 2 ) towed assembly ( 7 ) is guided stinging. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißprozesse mit einer Schweißgeschwindigkeit von etwa 0,6 bis 1,5 m/min durchgeführt werden.Method according to claim 1, characterized in that that the welding processes with a welding speed be carried out from about 0.6 to 1.5 m / min.
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DZELNITZKI, D.: Vergrößerung des Einbringvolumens oder Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit? Vorteile des MAG-Hochleistungsschweißens. Fachaufsatz, EWM HIGHTEC WELDING GmbH, August 2000 *
STAUFER, H., Rührnößl, M.: Für große Blechdicken und hohe Schweißgeschwindigkeiten: Laserhybrid- + Tandemschweißen. Der Praktiker, 2006, Nr. 10, S. 300-302 *
STAUFER, H., Rührnößl, M.: Für große Blechdicken und hohe Schweißgeschwindigkeiten: Laserhybrid- + Tandemschweißen. Der Praktiker, 2006, Nr. 10, S. 300-302 DZELNITZKI, D.: Vergrößerung des Einbringvolumens oder Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit? Vorteile des MAG-Hochleistungsschweißens. Fachaufsatz, EWM HIGHTEC WELDING GmbH, August 2000

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